基于太阳能热储存干燥技术的秘鲁亚马逊芒果（Mangifera indica L. var. Keitt）理化与生物活性特性研究

《Frontiers in Nutrition》：Physicochemical and bioactive properties of dehydrated mango pulp (Mangifera indica) using solar technology in the Amazonas Region, Peru

　　

摘要

引言：芒果（Mangifera indica L.）是一种极易腐烂的热带水果，需要可持续的保鲜策略以减少采后损失并保持产品质量。本研究评估了在秘鲁亚马逊湿润热带高原条件下，三种太阳能干燥配置对芒果（Mangifera indica L. var. Keitt）理化、质构和生物活性特性的影响。

方法：评估的系统包括无热储存的自然对流干燥器（NCD）、太阳能集热器中带石灰石热储存的强制对流干燥器（FCD-TSC）以及干燥室中带石灰石热储存的强制对流干燥器（FCD-TSD）。芒果切片（3 ± 0.5 mm）脱水至多3120分钟，并评估了pH、可滴定酸度、总可溶性固形物（TSS）、水分、颜色、硬度、总酚含量（TPC）和抗氧化能力的变化。

结果：干燥方法、干燥时间及其交互作用显著影响了大多数特性。水分从新鲜芒果的86.81%降至NCD、FCD-TSC和FCD-TSD在3120分钟后的21.67%、18.70%和12.24%，其中FCD-TSD表现出最大的水分去除率。TSS和可滴定酸度在脱水过程中增加，而硬度通常随干燥时间增加。FCD-TSD在3120分钟时显示出良好的亮度和最高的TPC（27.89 mg GAE/g），而NCD观察到最高的抗氧化能力（9.43 μmol TE/g）。

讨论：生物活性特性的表观增加主要与水分损失、浓缩效应和干燥过程中可萃取性的变化有关。总体而言，强制对流结合热储存，特别是当储存材料位于干燥室时，在影响脱水芒果理化和功能特性的同时改善了水分去除。

# 太阳能干燥对秘鲁亚马逊芒果理化和生物活性特性的影响：研究解读

## 研究背景与意义

芒果（Mangifera indica L.）是全球最重要的热带水果之一，因其富含酚类、类黄酮和类胡萝卜素等生物活性化合物而具有显著的抗氧化、抗炎和促进健康的功能特性。然而，芒果含水量高且采后代谢旺盛，导致其极易腐烂变质，在贮藏和流通过程中产生大量损失。脱水干燥是延长货架期、抑制微生物生长和酶活性的常用保鲜手段，但传统热风干燥高度依赖化石燃料，能耗高且环境负担重。太阳能干燥利用丰富可再生太阳能辐射，为水果保鲜提供了一条可持续且经济的替代路径。根据系统构型，太阳能干燥器可在自然或强制对流模式下运行，并可引入热储存材料以改善温度稳定性、干燥效率和产品质量。然而，针对秘鲁亚马逊大区这类高湿热带高原气候条件，太阳能干燥对芒果理化和生物活性特性影响的系统研究仍十分有限，制约了适宜技术的落地与推广。为此，研究人员以芒果（Mangifera indica L. var. Keitt）为材料，系统比较了三种太阳能干燥构型——无热储存自然对流干燥器（NCD）、集热器中置石灰石热储存的强制对流干燥器（FCD-TSC）和干燥室内置石灰石热储存的强制对流干燥器（FCD-TSD）——在干燥过程中的理化和生物活性变化，验证了“强制对流结合热储存可提升脱水效率和品质保留”的研究假设。

## 研究结论概述

研究结果表明，干燥方法、干燥时间及二者交互作用显著影响芒果干制品的多数品质指标。在3120分钟共同终点，FCD-TSD实现最低终含水率（12.24% ± 0.36%），其次为FCD-TSC（18.70% ± 0.73%）和NCD（21.67% ± 0.83%）。FCD-TSD在亮度（L*）保持、总酚含量（TPC）方面表现最佳，而NCD的抗氧化能力最高。生物活性指标的表观升高主要归因于水分损失带来的浓缩效应和基质结构变化导致的萃取率改变而非酚类化合物的净合成。该研究为高湿多云条件下芒果太阳能干燥的系统选型提供了实验依据。

## 关键技术方法

研究人员在秘鲁亚马逊大区查查波亚斯市UNTRM校区内的PROCICEA项目区（南纬6°14′05.13″，西经77°51′16.13″）开展试验，芒果果实购自当地市场，经清洗、0.5%（w/v）次氯酸钠消毒后手工去皮切片（3 ± 0.5 mm），每系统分配2 kg果肉。三种干燥系统共享相同结构设计，区别在于气流方式及石灰石热储存位置；强制对流系统风机在集热器温度达55 °C时自动启动，质量流量为0.038 kg·s^?1。理化分析包括pH电极法、NaOH滴定法测可滴定酸度、数字折光仪测TSS、烘箱干燥法测水分、CR-400色差计测CIELab颜色参数及质构仪穿刺测硬度。生物活性分析采用Folin-Ciocalteu法测TPC、DPPH自由基清除法测抗氧化能力。统计采用单因素ANOVA、3×7因子ANOVA、Tukey多重比较及Pearson相关分析。

## 研究结果

### 3.1 实验安装点的环境因素

对4天干燥试验期间环境温度的监测显示，气温呈现典型昼夜波动模式。清晨温度约12–14 °C，中午升至最高20–23 °C（第1、2、4天），第3天日间温度整体偏低（最高16–17 °C），日落后逐渐降至13–15 °C，反映出试验期间太阳能干燥系统所处的高云量、变温环境。

### 3.2 脱水芒果果肉的理化性质

**3.2.1 pH、可滴定酸度、总可溶性固形物和水分** 新鲜芒果（0分钟对照）的pH为4.22 ± 0.04，可滴定酸度0.66% ± 0.03%（柠檬酸计），TSS 9.00 ± 0.01 °Brix，水分86.81% ± 0.23%。因子分析显示干燥方法、时间及交互作用对pH、可滴定酸度、TSS和水分均有显著影响（p < 0.05至p < 0.001）。随干燥进行，各处理的水分均逐步下降，至3120分钟时NCD、FCD-TSC、FCD-TSD的终水分分别为21.67% ± 0.83%、18.70% ± 0.73%和12.24% ± 0.36%，差异显著（p < 0.05），FCD-TSD脱水效率最高。可滴定酸度和TSS随水分降低而上升，至3120分钟时FCD-TSD的TSS最高（45.00 ± 0.87 °Brix），FCD-TSC的可滴定酸度最高（2.51% ± 0.05%），FCD-TSC的最终pH显著低于其他两组（3.72 ± 0.01）。

**3.2.2 颜色变化** 干燥过程中颜色参数受干燥方法和时间显著影响。FCD-TSD在3120分钟时具有最高的L*（77.20 ± 0.38）和最低的a*（2.34 ± 0.46），表明其较好地保持了亮度和较低的红色偏移；NCD和FCD-TSC的a*数值更高，与褐变反应和色素浓缩有关。所有处理的ΔE均大于3，表明脱水样品与新鲜芒果相比存在可感知的整体色差，但三种干燥系统间的最终WI和ΔE差异未达显著水平。

**3.2.3 硬度** 硬度在所有处理中均随干燥时间增加而升高，从最小值（新鲜对照）增至2880–3120分钟的最大值。硬度上升在NCD和FCD-TSD中更为明显，而FCD-TSC终值相对较低。这种变化与水分去除导致的细胞壁降解、果胶溶解和膨压丧失等组织结构改变有关，干燥温度、时间和水分共同影响质构特性。

**3.2.4 总酚含量（TPC）** 新鲜芒果TPC为0.77 ± 0.01 mg GAE/g，随干燥进行所有处理的TPC均持续上升。3120分钟时FCD-TSD的TPC最高（27.89 ± 0.46 mg GAE/g），FCD-TSC次之（25.16 ± 0.24 mg GAE/g），NCD最低（22.07 ± 0.25 mg GAE/g）。研究人员强调，该表观升高不应理解为酚类绝对含量的净增加，而更可能反映水分浓缩效应、干燥诱导的基质结构改变增强了结合态酚类的可萃取性，同时热暴露也可能造成热敏酚类降解与美拉德产物形成之间的动态平衡。

**3.2.5 抗氧化能力** DPPH法测定的抗氧化能力同样随干燥时间延长而升高。3120分钟时NCD的抗氧化能力最高（9.43 ± 0.07 μmol TE/g），其次为FCD-TSD（8.53 ± 0.01 μmol TE/g）和FCD-TSC（8.49 ± 0.03 μmol TE/g）。这种上升与水分减少引起的抗氧化物质浓缩以及基质结构破坏促进抗氧化成分释放有关。

**3.2.6 Pearson相关分析** 相关分析显示，水分与可滴定酸度（TTA）、TSS、硬度、TPC和DPPH在三种干燥系统中均呈强至近乎完全的负相关（|r| ≥ 0.77；p < 0.01）。TTA与TSS彼此强正相关（r ≈ 0.97–0.98；p < 0.001），并与TPC、DPPH、硬度正相关。pH与多数变量无显著相关，仅在FCD-TSD中与ΔE表现出负相关（r = ?0.82；p < 0.001）。这些关联属于探索性指标，反映各变量随干燥时间和水分损失同步变化的整体趋势，不足以确立因果机制。

## 总结讨论与结论

讨论部分指出，生物活性指标的表观增加应主要归因于水分浓缩和可萃取性变化，而非化合物净合成。研究存在若干方法学局限：未测定水活度（a_w）、未采用HPLC进行化合物特异性分析、缺少太阳能辐射和热平衡数据、石灰石热物性未实测、质地仅评估硬度、抗氧化仅用DPPH法。未来应引入a_w和微生物分析、干重基准表达、补充ABTS/FRAP/ORAC等方法，并结合能量与经济性评估推动技术放大。

**研究结论翻译**：本研究表明，在秘鲁亚马逊气候条件下，太阳能干燥器构型和干燥时间显著影响芒果的理化、质构和生物活性特性。在3120分钟共同终点，FCD-TSD达到最低含水率（12.24% ± 0.36%），其次为FCD-TSC（18.70% ± 0.73%）和NCD（21.67% ± 0.83%），三种系统间差异显著。然而，各干燥系统的相对表现取决于具体品质指标：FCD-TSC最终pH最低，FCD-TSD与FCD-TSC的可滴定酸度高于NCD，FCD-TSD的TSS高于FCD-TSC，NCD居中。因此，没有任何单一干燥构型在所有品质属性上全面占优。干燥过程中测得的总酚含量和抗氧化能力升高不应被视作生物活性化合物保留或形成的确定性证据，这些响应更可能是水分浓缩、化合物可萃取性变化和热暴露的综合结果。从实践角度看，结果证明了强制对流太阳能干燥结合显热储存在多变太阳辐射条件下用于芒果脱水的潜力，但确认微生物稳定性和货架期仍需补充水活度、微生物质量和贮藏行为的评估。